Огнеупорные материалы. Характеристика и их свойства

Классификация и применение огнеупорных материалов

Огнеупорами называют материалы изготавлеваемые на основе минерального сырья и отличающиеся способностью сохранять без существенных нарушений свои функциональные свойства в разнообразных условиях службы при высоких температурах.

Металлургическое производства потребляет основное количество огнеупоров - 60-70%.

Огнеупорные материалы также используют в стекольной и цементной промышленностях, в областях новой техники - атомной и ракетостроение.

В основу классификации огнеупорных материалов положено 6 основных признаков:

1. Классификация по химико-минералогическому составу

В соответствие с технической классификацией огнеупоры делят на

· Кислые (содержащие SiO2)

· Нейтральные (содержащие высокий процент C или Cr₂O₃)

· Основные (содержащие CaO; MgO)

2. По огнеупорности все огнеупоры делятся

· Огнеупорные (огнеупорные 1580 - 1770⁰C)

· Высокоогнеупорные (огнеупорность 1770 –2000⁰C)

· Высшей огнеупорности (огнеупорность >2000⁰C)

3. По пористости:

· Особоплотные (с открытой пористостью до 3%)

· Высокоплотные (3-10%)

· Плотные (10-16%)

· Уплотненные (16-20%)

· Среднепористые (20-30%)

· Повышеннопористые (30-45%)

· Легковестные (45-85%)

· Ультролегковестные (>85%)

4. По способу формование

· Пластично-формованные

· Полусухого формования из масс малопластичных или из порошков с добавкой связующего материала, изготовленные путем механического, гидравлического или вибрационного прессования

· Плавленные, литые из расплава получаемые обычным путем электроплавки

· Литые, изготовленные путем литья из жидкого шликера в специальные формы (пеноизделия)

· Горячепресованные

· Волокнистые, полученные путем расщипления расплава струей острого перегретого пара

5. По термической обработке

· Обоженные, обжигаемые в печах в процессе изготовления изделий

· Безобжиговые, не подвергавшиеся обжигу до употребления в кладку

· Плавленные, подвергнутся отжигу после отливки

· Горячепрессованые

6. По форме и размерам

· Простые изделия (прямые и клиновые, нормальные, малых и больших форматов)

· Фасонные - простые, сложные, особо сложные и крупноблочные массой более 60кг

· Специальные - промышленного и лабораторного назначения (тигли, трубки, наконечники и тд)

Физические свойства огнеупорных материалов

Огнеупорность - свойства материала противостоять длительное время воздействию высоких температур, не теряя формы и не переходя в тестообразное состояние. Огнеупорность зависит от химического и минералогического состава материала, крупности частиц, наличие примесей, скорости нагрева образца и его параметров. Огнеупорность характеризуется той температурой при которой образец деформируясь при нагревании верхним основанием коснется плиты на которой он установлен. Температуру определяют по стандартному пироскоп который коснется своей вершиной плиты одновременно с испытуемым образцом. Стандартные пироскопы имеют номера умножение которых на 10 определяют температуру т.е. огнеупорность данного пироскопа

Деформация под нагрузкой. Огнеупорные изделия в футеровке печей одновременно с Нагиевым подвергаются механической нагрузке. В зависимости от места использования огнеупорна давление может колебаться от 1 до 3 атм. В начале нагрева материал несколько увеличивается по высоте затем начинает давать усадку. Характерным считают 2 температуры: температуру начала размельчения соответствующую 4х процентному сжатию образцаt_н.р.и конца размельчения соответствующую 40 процентному сжатию образцаt_к.р.. Чем ближе температура начала размельчение к огнеупорности изделия тем следовательно лучше используется свойства исходного материала составляющего основу огнеупорна и тем выше качество огнеупорна, таким образом, деформация под нагрузкой является самым важным показателем определяющим верхний температурный предел службы огнеупорных изделий и часто это называют строительной прочностью.

Термостойкость - это способность огнеупорна выдерживать неразрушаясь резкие колебания температуры (пример: огнеупорны регенераторов в мартеновской печи, воздухонагревателя доменной печи и тд). Измеряют термостойкость числом теплосмен которое выдерживает огнеупор при испытании при потери в массе 20%. Различают водяные и воздушные теплосмены (охлаждение нагретого образца на воздухе и в воде). Термостойкость изделия зависит от термического коэффициента линейного расширения и модули упругости огнеупорного материала.

Газопроницаемость. Различают газонепроницаемость отдельных изделий или кладки. Кладки определяется в основном состоянием швов. Газонепроницаемость характеризуется коэффициентом газопроницаемости которое выражается в литрах воздуха проходящих через огнеупорные изделия площадью F = 1 м², толщиной 1 м в течение 1 часа при разности давлений 1мм вод ст. Газопроницаемость зависит от температуры, величины и характера пор, однородности структуры изделия и от разности давлений газа. Для определения газопроницаемости с обеих сторон испытуемого изделия создают определенную разность давлений в следствии чего газ начинает проходить через изделие. Точно измеряв количество прошедшего за определенное время газов за определенное время, поверхность изделия и разность давлений можно измерить коэффициент газопроницаемости испытуемого образца, газопроницаемость огнеупорных изделий одного и того же вида часто колеблется в широких приделах. Коэффициент газопроницаемости огнеупорных изделий подсчитывает по формуле полученной исходя из уравнения а Пуайзеля. Кг.п. = Vг * дельта/Fтау * дельта р

Теплопроводность огнеупорных материалов.Коэффициент теплопроводности огнеупорных материалов (λ) меняется в широких приделах. На теплопроводность влияют следующие факторы: химические и минералогические составы, пористость, температура, кристалическая структура материала. При повышении температуры коэффициент теплопроводности большинства огнеупорных материалов возрастает, исключение составляет магнезитовый и карборундовый огнеупорны, λ в которых с повышением температуры уменьшается . При увеличении пористости теплопроводность также уменьшается, при температурах 800-900⁰С увеличение пористости уже мало влияет на теплотворность материала.

Электропроводность - при обычных низких продуктах огнеупорные материалы являются диэлектрики или электроизоляторами при повышении температуры огнеупоны начинают проводит электрический ток, исключением являются углерод содержащие огнеупорны которые проводят ток при любой температуре, при повышении температуры сопротивления большинстваогнеупоров резко понижается и эта зависимость выражается в уравнение logR=A/T+B. A и B констаны определяемые в справочниках, а Т - абсолютная температура. Динасовый и шамотные огнеупорны 1200⁰С являются электрическими проводниками. Проблема электропроводность огнеупорной приобрела особое значение при развитии электросталеплавильный печей для которых электроизоляционные свойства особенно важны.

Пористость - все огнеупорные материалы являются пористыми телами. Пористость огнеупорна (размеры пор) колеблется в широких приделах от 1 до 80%. Различают следующие виды пористости: общее или истинное - объем всех содержащихся в изделии пор отнесенных к объему которое занимает изделие вместе с порами; кажущуюся или открытая - объем сообщающихся между собой и с атмосферным воздухом пор отнесенный ко всему объему изделия. С пористостью тесно связана водопоглощение огнеупорных материалов, оно определяется кипячением предварительно взвешенных образцов огнеупорного материала в воде и последующим взвешиванием уже насыщенных водой образцов. Величина водопоглощения отделяется по следующей формуле: Kw = G2-G1/G1 * 100% (уравнение 1), где G₂- масса насыщенного водой образца в граммах; G₁ - масса сухого образца в граммах; кажущаяся пористость вычитают по следующие формуле Пкаж = G2 - G1/ G2 - G3 ( уравнение 2), где G₃ - масса насыщенной водой образца погружённого воду, в граммах. Если разделить уравнение 2 на уравнение 1 то мы получим: Пкаж = Kw*G1/G2-G3=KW-G1/V, где G₂ – G₃ - весь объем изделия.